WO2015173934A1 - Method and device for separating and recovering supercritical fluid - Google Patents

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齋藤 崇
清隆 上野
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Abstract

 Provided is a method for separating and recovering a supercritical fluid, the method making it possible to reduce maintenance frequency while maintaining a high separation and recovery efficiency. A method for separating and recovering a supercritical fluid including a step 1 for readying a supercritical fluid containing an impurity, a step 2 for changing the fluid into a gaseous state, a step 3 for separating the liquid-state impurity from gaseous-state fluid using a non-adsorption filter (205) having a first mesh size, and a step 4 for using an adsorption filter (216) for further separating the liquid-state impurity from gaseous-state fluid after step 3 using an adsorption filter (216).

Description

超臨界流体の分離回収方法及び装置Method and apparatus for separation and recovery of supercritical fluid
 本発明は、超臨界流体の分離回収方法及び装置に関する。とりわけ、本発明は超臨界染色装置で使用された超臨界流体の分離回収方法及び装置に関する。 The present invention relates to a supercritical fluid separation and recovery method and apparatus. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for separating and recovering a supercritical fluid used in a supercritical staining apparatus.
 従来、繊維製品の染色を行う場合には、染色媒体として大量の水が使用されているが、水資源の節約や廃液処理の問題などが指摘されており、環境に対する負荷がより低い染色技術の開発が求められていた。そこで、近年、従来に比べて廃液の排出量が極めて少ない染色方法として、超臨界二酸化炭素に代表される超臨界流体を染色媒体として用いる方法が提案されている。そして、染色処理後の超臨界流体は染料などの不純物を分離後、所定の処理を経た後に再利用される。 Conventionally, when dyeing textile products, a large amount of water has been used as a dyeing medium, but problems such as saving water resources and wastewater treatment have been pointed out, and dyeing technology with a lower environmental impact has been pointed out. Development was required. Therefore, in recent years, a method using a supercritical fluid typified by supercritical carbon dioxide as a dyeing medium has been proposed as a dyeing method in which the amount of waste liquid discharged is extremely small as compared with the prior art. The supercritical fluid after the dyeing process is reused after separation of impurities such as dyes and a predetermined process.
 特許第3954103号公報(特許文献1)には、超臨界流体を用いて繊維製品を染色する染色装置及び染色方法が開示されている。この特許文献1に記載されている染色装置70は、図5に示すように、繊維製品を収容するオートクレーブ71と、染色媒体となる流体を貯蔵する貯蔵タンク(液溜)72と、貯蔵タンク72から流体をオートクレーブ71に供給するとともに同流体を昇圧するポンプ73と、ポンプ73とオートクレーブ71との間に配され、流体を加熱して超臨界状態にする熱交換器74と、超臨界状態の流体(超臨界流体)に染料を溶解させる溶解槽(飽和器)75と、オートクレーブ71内の圧力を調整する放圧弁76と、放圧弁76の下流側に配され、流体から染料を分離する分離槽77と、染料が分離した流体を凝縮する凝縮器78とを有している。 Japanese Patent No. 3954103 (Patent Document 1) discloses a dyeing apparatus and a dyeing method for dyeing a textile product using a supercritical fluid. As shown in FIG. 5, the dyeing apparatus 70 described in Patent Document 1 includes an autoclave 71 that stores a textile product, a storage tank (liquid reservoir) 72 that stores a fluid that is a dyeing medium, and a storage tank 72. From the pump 73 for supplying the fluid to the autoclave 71 and increasing the pressure of the fluid, the heat exchanger 74 for heating the fluid to be in a supercritical state, and a supercritical state. Dissolving tank (saturator) 75 for dissolving the dye in the fluid (supercritical fluid), a pressure release valve 76 for adjusting the pressure in the autoclave 71, and a separation for separating the dye from the fluid, arranged downstream of the pressure release valve 76 It has the tank 77 and the condenser 78 which condenses the fluid which the dye isolate | separated.
 オートクレーブ71を通過した超臨界流体は、オートクレーブ71の下流側に配された弁92,93の開閉が制御されることにより、放圧弁76側に及び/又はポンプ73側に搬送される。この場合、放圧弁76側に搬送された超臨界流体は、放圧弁76から排出されることによって減圧されて気化し、その後、分離槽77において、気化した流体から染料が沈殿により分離されて集められる。更に、分離槽77で染料を分離した流体は、凝縮器78で液化した後に貯蔵タンク72に戻される。 The supercritical fluid that has passed through the autoclave 71 is transported to the pressure release valve 76 side and / or to the pump 73 side by controlling the opening and closing of the valves 92 and 93 disposed on the downstream side of the autoclave 71. In this case, the supercritical fluid transported to the pressure release valve 76 side is reduced in pressure by being discharged from the pressure release valve 76 and vaporized, and then the dye is separated from the vaporized fluid by precipitation in the separation tank 77 and collected. It is done. Further, the fluid from which the dye is separated in the separation tank 77 is returned to the storage tank 72 after being liquefied by the condenser 78.
 特開2004-249175号公報(特許文献2)には、含浸処理槽内において超臨界二酸化炭素中で含浸物質を基材に含浸させた後に、含浸処理後の流体を含浸処理槽から減圧バルブを介してガス分離装置に導入し、ガス分離装置で液体あるいは固体成分を除去し、得られた二酸化炭素ガスを圧縮して液化二酸化炭素又は超臨界二酸化炭素にしてから貯蔵タンクに保存し、貯蔵タンクから導出した液化二酸化炭素又は超臨界二酸化炭素を必要に応じて加熱又は圧縮してから含浸処理槽内に供給し、含浸処理槽内を超臨界二酸化炭素で満たす、二酸化炭素を回収再使用する含浸処理方法が記載されている。 In JP 2004-249175 (Patent Document 2), after impregnating a base material with an impregnating substance in supercritical carbon dioxide in an impregnation treatment tank, a pressure reducing valve is inserted into the fluid after the impregnation treatment from the impregnation treatment tank. The gas separation device is used to remove liquid or solid components, and the obtained carbon dioxide gas is compressed into liquefied carbon dioxide or supercritical carbon dioxide and then stored in a storage tank. The liquefied carbon dioxide or supercritical carbon dioxide derived from the above is heated or compressed as necessary and then supplied into the impregnation tank, and the impregnation tank is filled with supercritical carbon dioxide. Carbon dioxide is recovered and reused. A processing method is described.
 特許文献2では、ガス分離装置内にフィルターを設けることで、ガス分離装置で液体あるいは固体成分を除去する際に分離効率が向上するとされている。フィルターの素材として不織布や織布が記載されている。ガス分離効率を向上させるために、プリーツを有するフィルターを円筒状に配置して、その外側から内側に向かって二酸化炭素ガスを通過させることが好適であるとの記載もある。 In Patent Document 2, it is said that by providing a filter in the gas separation device, the separation efficiency is improved when a liquid or solid component is removed by the gas separation device. Nonwoven fabrics and woven fabrics are described as filter materials. In order to improve gas separation efficiency, it is also described that it is preferable to arrange a filter having pleats in a cylindrical shape and to pass carbon dioxide gas from the outside toward the inside.
 特許第4669231号公報(特許文献3)では、超臨界あるいは液体の二酸化炭素を用いた洗浄装置や乾燥装置から排出される二酸化炭素から不用物を連続的に分離し、回収された排出流体の二酸化炭素中の残留成分を所定の数値にまで低減させることが可能な二酸化炭素の再生回収装置を提供することを目的として、所定の気液率を保つように排出流体の温度および圧力調整を制御する温度調整手段および圧力調整手段と、この温度調整手段および圧力調整手段で圧力調整された排出流体を気体と液体に分離する気液分離圧力容器とからなる気液分離機構を提案している。 In Japanese Patent No. 4669231 (Patent Document 3), waste materials are continuously separated from carbon dioxide discharged from a cleaning device or a drying device using supercritical or liquid carbon dioxide, and the recovered exhaust fluid dioxide is recovered. For the purpose of providing a carbon dioxide regeneration and recovery device capable of reducing the residual components in carbon to a predetermined value, the temperature and pressure adjustment of the discharged fluid is controlled so as to maintain a predetermined gas-liquid ratio. There has been proposed a gas-liquid separation mechanism comprising a temperature adjustment means and a pressure adjustment means, and a gas-liquid separation pressure vessel for separating the discharged fluid pressure-adjusted by the temperature adjustment means and the pressure adjustment means into a gas and a liquid.
 気液分離機構により得られた気体状の二酸化炭素はミスト分離機構に導入され、ミストが分離される。更に、ミストが分離された二酸化炭素中の不要物が不要物除去機構により除去される。ミスト分離機構及び不要物除去機構には共にフィルターが設置されており、ミスト分離機構では液体が捕捉され、不要物除去機構では不要物が吸着剤に固定されるとされている。 Gaseous carbon dioxide obtained by the gas-liquid separation mechanism is introduced into the mist separation mechanism, and the mist is separated. Further, the unwanted matter in the carbon dioxide from which the mist has been separated is removed by the unwanted matter removing mechanism. Both the mist separation mechanism and the unwanted matter removal mechanism are provided with a filter. The mist separation mechanism captures liquid, and the unwanted matter removal mechanism fixes the unwanted matter to the adsorbent.
特許第3954103号公報Japanese Patent No. 3954103 特開2004-249175号公報JP 2004-249175 A 特許第4669231号公報Japanese Patent No. 4669231
 このように、先行技術文献には、超臨界流体の分離回収方法に関する記述が見られる。しかしながら、特許文献1には気化した流体から染料が沈殿により分離されて集められるとあるが、その具体的な機構は明らかではない。特許文献2にはガス分離装置内にフィルターを設けることが記載されているが、当該文献に記載されている機構だとフィルターの交換を頻繁に行う必要性が生じるため、実用性が不十分である。また、特許文献2ではフィルターによるガス分離機構についてのみしか開示がなく、フィルターのみの機構であると、不要物の分離、特にミスト成分の分離が難しい。特許文献3では排出流体が所定の気液率で気液分離圧力容器内に入るため、気液分離圧力容器内には液体状態の排出流体及び気体状態の排出流体が混在することになる。そのため、液体中に溶解している不純物の除去が困難であるし、気液分離圧力容器内に液体状態の排出流体を保持するための高い耐圧性が要求される。 Thus, in the prior art document, there is a description of a method for separating and recovering a supercritical fluid. However, Patent Document 1 discloses that the dye is separated and collected from the vaporized fluid by precipitation, but the specific mechanism is not clear. Patent Document 2 describes that a filter is provided in the gas separation device. However, the mechanism described in the document requires frequent replacement of the filter, so that practicality is insufficient. is there. Further, Patent Document 2 only discloses a gas separation mechanism using a filter. If the mechanism is composed of only a filter, it is difficult to separate unnecessary substances, particularly mist components. In Patent Document 3, since the exhaust fluid enters the gas-liquid separation pressure vessel at a predetermined gas-liquid ratio, the liquid-state exhaust fluid and the gas-state exhaust fluid coexist in the gas-liquid separation pressure vessel. For this reason, it is difficult to remove impurities dissolved in the liquid, and high pressure resistance is required to hold the discharged fluid in a liquid state in the gas-liquid separation pressure vessel.
 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い分離回収効率を維持しながらメンテナンス頻度を低減可能な超臨界流体の分離回収方法又は分離回収装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a supercritical fluid separation / recovery method or separation / recovery device capable of reducing the maintenance frequency while maintaining high separation / recovery efficiency.
 本発明は一側面において、
 不純物を含有する超臨界流体を用意する工程1と、
 前記流体を気体状態に変化させる工程2と、
 第一の目開きをもつ非吸着型フィルターを用いて、気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を分離する工程3と、
 吸着型フィルターを用いて、工程3を経た後の気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を更に分離する工程4と、
を含む超臨界流体の分離回収方法である。
In one aspect of the present invention,
Preparing a supercritical fluid containing impurities;
Step 2 of changing the fluid to a gaseous state;
Using a non-adsorbing filter having a first opening to separate impurities in a liquid state, a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state; and
A step 4 for further separating impurities in a liquid state or a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state after the step 3 by using an adsorption type filter;
Is a method for separating and recovering a supercritical fluid containing
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の一実施形態においては、工程3においては、前記流体がフィルター内を上方に向かって移動して、フィルター上部から排出されるまでの間に不純物がフィルターに捕捉され、フィルターに捕捉された不純物は重力によりフィルター内を下方に移動して、フィルター下部から排出される。 In one embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, in step 3, impurities are filtered while the fluid moves upward in the filter and is discharged from the upper part of the filter. The impurities trapped in the filter and trapped in the filter move downward in the filter by gravity and are discharged from the lower part of the filter.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の別の一実施形態においては、工程3と工程4の間に、第一の目開きよりも小さな第二の目開きをもつ非吸着型フィルターを用いて、工程3を経た気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を更に分離する工程3’を更に含む。 In another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, a non-adsorption type filter having a second opening smaller than the first opening is used between step 3 and step 4. In addition, the method further includes a step 3 ′ of further separating impurities in a liquid state, a solid state, or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state after the step 3.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の別の一実施形態においては、工程3’においては、前記流体がフィルター内を水平方向かそれよりも上方に向かって移動して、フィルターの側部又は頂部から排出されるまでに不純物がフィルターに捕捉され、フィルターに捕捉された不純物は重力によりフィルター内を下方に移動して、フィルター底部から排出される。 In another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, in step 3 ′, the fluid moves in the filter in the horizontal direction or upward, so that the side portion of the filter. Alternatively, the impurities are captured by the filter before being discharged from the top, and the impurities captured by the filter move downward in the filter by gravity and are discharged from the bottom of the filter.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の更に別の一実施形態においては、非吸着型フィルターが金属製であり、吸着型フィルターが化学繊維製、天然繊維製又は合成樹脂多孔質膜製である。 In yet another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, the non-adsorption filter is made of metal, and the adsorption filter is made of chemical fiber, natural fiber or synthetic resin porous membrane. is there.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の更に別の一実施形態においては、工程3において90~98%の不純物を除去する。 In yet another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, 90 to 98% of impurities are removed in step 3.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の更に別の一実施形態においては、工程2から工程4までが、大気圧~7.38MPaの圧力下であって、前記流体が気体状態を維持した状態で実施される。 In still another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, the steps 2 to 4 are under a pressure of atmospheric pressure to 7.38 MPa, and the fluid is kept in a gaseous state. Implemented in the state.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の更に別の一実施形態においては、工程2は前記流体を減圧し、気化冷熱を発生させて流体温度を低下させることにより行われる。 In yet another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, step 2 is performed by reducing the fluid temperature by reducing the pressure of the fluid and generating vaporization cold heat.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の更に別の一実施形態においては、超臨界流体が超臨界二酸化炭素である。 In yet another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, the supercritical fluid is supercritical carbon dioxide.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の更に別の一実施形態においては、不純物を含有する超臨界流体は超臨界染色装置から排出され、不純物には染料が含まれる。 In yet another embodiment of the method for separating and recovering a supercritical fluid according to the present invention, the supercritical fluid containing impurities is discharged from the supercritical dyeing apparatus, and the impurities include a dye.
 本発明は別の一側面において、
 不純物を含有する超臨界流体を気体状態に変化させるための減圧弁と、
 前記減圧弁の後段に設置され、気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を分離するための第一の目開きをもつ非吸着型フィルターを有する第一の分離槽と、
 非吸着型フィルターの後段に設置され、気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を更に分離するための吸着型フィルターを有する第二の分離槽と、
を備えた超臨界流体の分離回収装置である。
In another aspect of the present invention,
A pressure reducing valve for changing the supercritical fluid containing impurities into a gaseous state;
A first separation having a non-adsorption type filter having a first opening for separating impurities in a liquid state, a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gas state, which is installed after the pressure reducing valve. A tank,
A second separation tank installed after the non-adsorptive filter and having an adsorption filter for further separating impurities in a liquid state, a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state;
Is a supercritical fluid separation and recovery device.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収装置の一実施形態においては、非吸着型フィルターは、液体が底部から排出されると共に、気体が側部又は頂部から排出される構造を有する。 In one embodiment of the supercritical fluid separation and recovery apparatus according to the present invention, the non-adsorption filter has a structure in which liquid is discharged from the bottom and gas is discharged from the side or top.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収装置の別の一実施形態においては、第一の分離槽(201)は、非吸着型フィルター(205)から排出された液体を一時的に貯蔵するための容積を前記フィルターの下部に有する。 In another embodiment of the supercritical fluid separation and recovery device according to the present invention, the first separation tank (201) is for temporarily storing the liquid discharged from the non-adsorption filter (205). The volume is at the bottom of the filter.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収装置の更に別の一実施形態においては、第一の分離槽(201)と第二の分離槽(203)の間に設置され、第一の分離槽(201)から排出された気体状態にある前記流体から液体状態にある不純物を更に分離するための第一の目開きよりも小さな第二の目開きをもつ非吸着型フィルター(209)を有する第三の分離槽(202)を更に備える。 In still another embodiment of the supercritical fluid separation and recovery apparatus according to the present invention, the supercritical fluid separation and recovery apparatus is installed between the first separation tank (201) and the second separation tank (203), and the first separation tank ( A third non-adsorptive filter (209) having a second opening smaller than the first opening for further separating liquid state impurities from the fluid in the gaseous state discharged from 201). The separation tank (202) is further provided.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収装置の更に別の一実施形態においては、非吸着型フィルター(205、209、222)が金属製であり、吸着型フィルター(216)が化学繊維製、天然繊維製又は合成樹脂多孔質膜製である。 In still another embodiment of the supercritical fluid separation and recovery apparatus according to the present invention, the non-adsorption filter (205, 209, 222) is made of metal, and the adsorption filter (216) is made of chemical fiber, natural. It is made of a fiber or a synthetic resin porous membrane.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収装置の更に別の一実施形態においては、超臨界流体が超臨界二酸化炭素である。 In yet another embodiment of the supercritical fluid separation and recovery apparatus according to the present invention, the supercritical fluid is supercritical carbon dioxide.
 本発明に係る超臨界流体の分離回収装置の更に別の一実施形態においては、不純物を含有する超臨界流体は超臨界染色装置から排出され、不純物には染料が含まれる。 In yet another embodiment of the supercritical fluid separation and recovery device according to the present invention, the supercritical fluid containing impurities is discharged from the supercritical dyeing device, and the impurities include a dye.
本発明に係る超臨界流体の分離回収装置を備えた超臨界染色システムの第一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 1st embodiment of the supercritical dyeing | staining system provided with the separation-and-recovery apparatus of the supercritical fluid which concerns on this invention. 本発明に係る三段式分離槽の一実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows one Embodiment of the three-stage-type separation tank which concerns on this invention. 本発明に適用可能な非吸着型フィルターを備えた分離槽の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the separation tank provided with the non-adsorptive filter applicable to this invention. 本発明に係る超臨界流体の分離回収装置を備えた超臨界染色システムの第二実施形態を示す概略図である。It is the schematic which shows 2nd embodiment of the supercritical dyeing | staining system provided with the separation-and-recovery apparatus of the supercritical fluid which concerns on this invention. 特許第3954103号公報(特許文献1)に記載されている超臨界染色システムの概略図である。It is the schematic of the supercritical dyeing | staining system described in the patent 3954103 gazette (patent document 1). 二酸化炭素の状態図である。It is a phase diagram of carbon dioxide.
<1.超臨界流体の分離回収方法>
 本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の一実施形態においては、
 不純物を含有する超臨界流体を用意する工程1と、
 前記流体を気体状態に変化させる工程2と、
 第一の目開きをもつ非吸着型フィルターを用いて、気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態、もしくはその混合状態にある不純物を分離する工程3と、
 吸着型フィルターを用いて、工程3を経た後の気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態、もしくはその混合状態にある不純物を更に分離する工程4と、
を含む。
<1. Supercritical fluid separation and recovery method>
In one embodiment of the supercritical fluid separation and recovery method according to the present invention,
Preparing a supercritical fluid containing impurities;
Step 2 of changing the fluid to a gaseous state;
Step 3 of separating impurities in a liquid state or a solid state, or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state using a non-adsorptive filter having a first opening;
Step 4 for further separating impurities in a liquid state or a solid state, or a mixed state thereof from the fluid in a gas state after Step 3 using an adsorption type filter;
including.
(工程1)
 工程1では不純物を含有する超臨界流体を用意する。超臨界流体を形成する物質としては常温常圧(例:20℃、1気圧)で気体の物質が適しており、例えば、アルカン(特にエタン、プロパン、ペンタン)、アンモニア、二酸化炭素、一酸化炭素、酸化二窒素等が挙げられるが、臨界温度の低さや取扱いの安全性などから二酸化炭素を使用することが好ましい。これらの物質は通常、超臨界処理を行う際の媒体として機能する。不純物を含有する超臨界流体は種々の超臨界処理により生成する。例えば、超臨界染色、超臨界洗浄、超臨界乾燥、超臨界抽出、超臨界を用いた高分子成形加工などが挙げられる。そのため、超臨界流体に随伴する不純物も超臨界処理の内容によって様々であるが、例えば、超臨界染色の場合は染料や、超臨界染色によって、被処理物から超臨界流体に混合した、繊維くずや付着ゴミや、水や、油分などが不純物として含まれ、本発明で説明する不純物における液体状態の主な成分としては水や油分が挙げられる。
 なお、以後、例えば上記の「液体状態または固体状態、もしくはその混合状態にある不純物」を単に「不純物」として表記することもある。
(Process 1)
In step 1, a supercritical fluid containing impurities is prepared. As a substance forming a supercritical fluid, a gaseous substance is suitable at normal temperature and normal pressure (eg, 20 ° C., 1 atm), for example, alkane (especially ethane, propane, pentane), ammonia, carbon dioxide, carbon monoxide. , And dinitrogen oxide, but carbon dioxide is preferably used because of its low critical temperature and safety in handling. These substances usually function as a medium for performing supercritical processing. Supercritical fluids containing impurities are produced by various supercritical processes. Examples include supercritical dyeing, supercritical cleaning, supercritical drying, supercritical extraction, and polymer molding using supercritical. For this reason, the impurities associated with the supercritical fluid vary depending on the content of the supercritical treatment.For example, in the case of supercritical dyeing, the waste fibers mixed with the supercritical fluid from the object to be treated by dyes or supercritical dyeing. In addition, impurities such as adhering dust, water, and oil are included as impurities, and the main components in the liquid state of the impurities described in the present invention include water and oil.
Hereinafter, for example, the above-mentioned “impurities in a liquid state, a solid state, or a mixed state thereof” may be simply referred to as “impurities”.
(工程2)
 工程2では超臨界流体を気体状態に変化させる。このとき、不純物の少なくとも一部が液体状態となるような温度及び圧力の条件にすると、液体状態の不純物は気体には溶解しないため、工程3において流体から不純物を容易に気液分離可能となる。超臨界流体を気体状態に変化する方法としては、特に制限はないが、減圧する方法が簡便で好ましい。特別な冷却装置は不要であり、減圧弁を使用すれば足りる。超臨界流体が気体状態に変化するときに気化冷熱が発生するので、流体の温度も自然と低下する。流体の温度低下に伴って気体状の不純物の飽和量も低下して液体状の不純物が増加するので、分離効率が上昇するという利点も得られる。不純物との分離効率を考慮すると、超臨界流体がすべて気体状態となるような温度及び圧力の条件下に設定することが好ましい。超臨界流体が液体状態に変化すると、工程3において超臨界流体を形成する物質の回収効率が低下するからである。
(Process 2)
In step 2, the supercritical fluid is changed to a gaseous state. At this time, if the temperature and pressure conditions are such that at least a part of the impurities are in a liquid state, the liquid state impurities do not dissolve in the gas, so that in step 3, the impurities can be easily gas-liquid separated from the fluid. . The method for changing the supercritical fluid into a gaseous state is not particularly limited, but a method of reducing the pressure is simple and preferable. No special cooling device is required, and a pressure reducing valve is sufficient. Since evaporative heat is generated when the supercritical fluid changes to a gaseous state, the temperature of the fluid naturally decreases. As the temperature of the fluid decreases, the saturation amount of gaseous impurities also decreases and liquid impurities increase, so that the advantage of increasing the separation efficiency can also be obtained. Considering the separation efficiency from impurities, it is preferable to set the temperature and pressure conditions so that the supercritical fluid is in a gaseous state. This is because, when the supercritical fluid changes to a liquid state, the recovery efficiency of the substance that forms the supercritical fluid in step 3 decreases.
 工程1と工程2の間においては、意図せずして超臨界流体の温度低下が起きて、超臨界流体が輸送中に配管内で凍結したり配管の閉塞を起こしたりすることを防止するために、超臨界状態を維持するために必要に応じて加熱することが好ましい。加熱方法としては、特に制限はないが、抵抗加熱装置、誘導加熱装置、誘電加熱装置、マイクロ波加熱装置、燃焼加熱装置等を適宜選択すれば良い。 Between step 1 and step 2, in order to prevent the temperature of the supercritical fluid from unintentionally occurring and preventing the supercritical fluid from freezing in the pipe or clogging the pipe during transportation. Furthermore, it is preferable to heat as necessary to maintain the supercritical state. The heating method is not particularly limited, but a resistance heating device, an induction heating device, a dielectric heating device, a microwave heating device, a combustion heating device, or the like may be appropriately selected.
(工程3)
 工程3では、第一の目開きをもつ非吸着型フィルターを用いて、気体状態にある前記流体から液体状態にある不純物を分離する。ここでは、非吸着型フィルターとは捕捉した液体状の不純物を表面に吸着しない材質のフィルターを指し、詳細に定義するとすれば、不純物はフィルター素材表面への衝突によって一時的に捕集されるが、その素材と滑らかな形状によって長く留まることができないフィルターの事とする。不純物を表面に吸着しない材質のフィルターとしては、ステンレス、鉄、銅、銀、亜鉛、ニッケル、クロム、アルミニウム、ハステロイ、インコネルなどの金属製のフィルターやガラスやセラミックスなどの無機物製フィルターが挙げられ、錆びない強靭で耐熱性もあり、価格も手ごろであるステンレスが好ましい。工程3におけるフィルターの形状としてはデミスター型、メッシュ型、プリーツ型、バッグ型、キャンドル型、積層型等が挙げられ、大量に大きい不純物を捕集する効率が高いことからデミスター型が好ましい。非吸着型フィルターを使用すると、液体状の不純物は重力によって自然とフィルターから脱落するので、フィルターの交換が不要であり、メンテナンスをほとんど要しない。汚れが生じた場合でも洗浄により性能維持が可能である。
(Process 3)
In step 3, impurities in a liquid state are separated from the fluid in a gas state using a non-adsorption filter having a first opening. Here, the non-adsorptive filter refers to a filter made of a material that does not adsorb the trapped liquid impurities on the surface, and if defined in detail, the impurities are temporarily collected by collision with the filter material surface. A filter that cannot stay long due to its material and smooth shape. Examples of materials that do not absorb impurities on the surface include stainless steel, iron, copper, silver, zinc, nickel, chromium, aluminum, Hastelloy, Inconel and other inorganic filters such as glass and ceramics. Stainless steel that is tough, does not rust, has heat resistance, and is affordable is preferable. Examples of the shape of the filter in the step 3 include a demister type, a mesh type, a pleat type, a bag type, a candle type, and a laminated type, and the demister type is preferable because it has a high efficiency of collecting a large amount of large impurities. If a non-adsorptive filter is used, liquid impurities will naturally fall off the filter by gravity, so there is no need to replace the filter and little maintenance is required. Even if dirt is generated, the performance can be maintained by washing.
 非吸着型フィルターのみを使用することでも、液体状の不純物の大部分は分離可能である。例えば、90~98%、典型的には92~96%の不純物が除去可能であるように、フィルターの目開きを設定することができる。処理量に応じてフィルターを直列又は並列に配置することも可能である。工程3における不純物の分離効率を低く設定し過ぎると、後段の吸着型フィルターへの負担が重くなり、その交換頻度が高くなる。一方で、工程3における不純物の分離効率を高く設定し過ぎると、装置が大型化するとともに、分離スピードが遅くなり、目詰まりが発生しやすくなり交換頻度が高くなる。またフィルター自体の価格も高くなる。更には分離効率にも限界がある。そこで、上述した範囲の分離効率を目安に工程3における非吸着型フィルターの目開きを設定するのが望ましい。 大 Most liquid impurities can be separated by using only non-adsorptive filters. For example, the opening of the filter can be set so that 90 to 98%, typically 92 to 96%, of impurities can be removed. It is also possible to arrange the filters in series or in parallel depending on the throughput. If the separation efficiency of impurities in step 3 is set too low, the burden on the subsequent adsorption filter becomes heavy and the replacement frequency increases. On the other hand, if the separation efficiency of impurities in step 3 is set too high, the apparatus becomes larger, the separation speed becomes slow, clogging tends to occur, and the replacement frequency increases. In addition, the price of the filter itself increases. Furthermore, there is a limit to the separation efficiency. Therefore, it is desirable to set the opening of the non-adsorption filter in step 3 with the separation efficiency in the above-mentioned range as a guide.
 工程3におけるフィルターの目開きは小さすぎると透過効率が悪く分離スピードが遅くなる一方で、大きすぎると不要物が殆ど捕集されずにフィルターを抜けていってしまう為、工程3において適した目開きの大きさは、平均で0.5μm~270μmであり、平均で1μm~20μmがより好ましい。目開きの大きさは、フィルターの篩目をSEMで観察したときに、各篩目を通過することのできる最小円の直径として定義され、任意の100個以上の篩目の平均値を目開きの大きさの平均値とする。 If the aperture of the filter in step 3 is too small, the transmission efficiency is poor and the separation speed is slow. On the other hand, if it is too large, almost no unwanted matter is collected and the filter passes through. The opening size is 0.5 μm to 270 μm on average, and more preferably 1 μm to 20 μm on average. The size of the mesh is defined as the diameter of the smallest circle that can pass through each mesh when the filter mesh is observed with SEM, and the average value of any 100 or more meshes is defined as the mesh size. The average value of
 不純物の分離効率を高める上では、液体が底部から排出されると共に、気体が側部又は頂部から排出される構造を有するフィルターを使用することが望ましい。このような構造を有するフィルターを使用すると、前記流体がフィルター内を水平方向かそれよりも上方に向かって移動して、フィルターの側部又は頂部から排出されるまでの間に不純物がフィルターに捕捉され、フィルターに捕捉された不純物は重力によりフィルター内を下方に移動して、フィルター底部から排出される。不純物の移動方向と流体の移動方向が異なるため、両者の分離が促進されることとなる。 In order to improve the separation efficiency of impurities, it is desirable to use a filter having a structure in which liquid is discharged from the bottom and gas is discharged from the side or top. When a filter having such a structure is used, impurities are trapped in the filter while the fluid moves horizontally or upward in the filter and is discharged from the side or top of the filter. The impurities trapped in the filter move downward in the filter by gravity and are discharged from the bottom of the filter. Since the moving direction of the impurities and the moving direction of the fluid are different, the separation between the two is promoted.
(工程4)
 工程4では、吸着型フィルターを用いて、工程3を経た後の気体状態にある前記流体から不純物を更に分離する。本発明においては、吸着型フィルターとは捕捉した液体状の不純物を表面に吸着する材質のフィルターを指し、より詳細に定義するとすれば、その素材と多孔質や微細な複雑形状によって強いファンデルワールス力をもっており不純物を絡め取って捕集し吸い寄せ放しづらいフィルターの事とする。不純物を表面に吸着する材質のフィルターとしては、化学繊維製、天然繊維製及び合成樹脂多孔質膜製が挙げられるが、化学繊維としては例えば樹脂製、特にPET、PP(ポリプロピレン)、Nylon、ウレタン、アクリル、アセテート、レーヨンなどの合成樹脂製の化学繊維からなるフィルターが挙げられ、天然繊維としては例えば綿、麻、絹、羊毛、紙などの植物繊維や動物繊維からなるフィルターが挙げられ、合成樹脂多孔質膜としてはPE(ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PU(ポリウレタン)、EVA(ポリエチレンビニルアセテート)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)等の合成樹脂の多孔質膜が挙げられる。加工性、耐久性、経済性などの理由からPPを用いた不織布又は織布が好ましい。工程4におけるフィルターの形状としてはデミスター型、メッシュ型、プリーツ型、バッグ型、キャンドル型、積層型等が挙げられ、大量で形状も大きい不純物を捕集する効率が高い形状からデミスター型が好ましい。吸着型フィルターは非常に優れた分離効率を示すが、捕捉した不純物を含む液体をフィルター内に吸着するため、フィルターの吸着容量を超えるとフィルター交換が必要となる。そのため、工程4で使用する吸着型フィルターの性能を維持しながら交換頻度を下げることが本発明に係る超臨界流体の分離回収方法の実用性を高める上で好ましい。処理量に応じてフィルターを直列又は並列に配置することも可能である。
(Process 4)
In step 4, impurities are further separated from the fluid in the gaseous state after step 3 using an adsorption filter. In the present invention, the adsorption filter refers to a filter made of a material that adsorbs trapped liquid impurities on the surface. If defined in more detail, the van der Waals strong due to the material and the porous or fine complex shape. It is a filter that has power, traps impurities, collects them, and is difficult to suck and release. Examples of the filter made of a material that adsorbs impurities on the surface include chemical fiber, natural fiber, and synthetic resin porous membrane. Examples of the chemical fiber include resin, particularly PET, PP (polypropylene), Nylon, and urethane. Filters made of synthetic fibers made of synthetic resin such as acrylic, acetate, rayon, and natural fibers include, for example, filters made of plant fibers and animal fibers such as cotton, hemp, silk, wool, paper, etc. Examples of the resin porous membrane include porous membranes of synthetic resins such as PE (polyethylene), PP (polypropylene), PU (polyurethane), EVA (polyethylene vinyl acetate), PTFE (polytetrafluoroethylene) and the like. Nonwoven fabrics or woven fabrics using PP are preferred for reasons such as processability, durability and economy. Examples of the shape of the filter in step 4 include a demister type, a mesh type, a pleat type, a bag type, a candle type, a laminated type, and the like. A demister type is preferable because it has a high efficiency for collecting a large amount of impurities. Although the adsorption type filter shows very good separation efficiency, the liquid containing the trapped impurities is adsorbed in the filter, so that the filter needs to be replaced when the adsorption capacity of the filter is exceeded. Therefore, it is preferable to reduce the replacement frequency while maintaining the performance of the adsorption filter used in step 4 in order to increase the practicality of the supercritical fluid separation and recovery method according to the present invention. It is also possible to arrange the filters in series or in parallel depending on the throughput.
 先述したように、本発明においては、大部分の不純物は工程3における非吸着型フィルターによって流体から分離されている。工程4においては、残部の微量の不純物を分離すればよいので、吸着型フィルターへの負荷は非常に小さなものとすることができ、交換頻度が大幅に少なくなる。工程4において分離するのは不純物全体の数%に過ぎないが、高純度の流体を回収して再使用するためには重要な工程である。工程4を経た後、流体中の不純物は99%以上除去されていることが好ましく、99.5%以上除去されていることがより好ましく、99.9%以上除去されていることが更により好ましい。 As described above, in the present invention, most of the impurities are separated from the fluid by the non-adsorptive filter in step 3. In step 4, since the remaining trace amount of impurities only needs to be separated, the load on the adsorption filter can be very small, and the replacement frequency is greatly reduced. Although only a few percent of the total impurities are separated in step 4, it is an important step for recovering and reusing a high purity fluid. After step 4, it is preferable that 99% or more of impurities in the fluid are removed, more preferably 99.5% or more, and even more preferably 99.9% or more. .
(工程3’)
 工程4における吸着型フィルターへの負荷軽減を目的として、工程3と工程4の間に、第一の目開きよりも小さな目開きをもつ非吸着型フィルターを用いて、工程3を経た気体状態にある前記流体から不純物を更に分離する工程3’を更に行うことも可能である。非吸着型フィルターを使用しているため、メンテナンス性は高い。工程3’を行うことで不純物の分離効率を2~6%、典型的には3~5%上昇可能である。そのため、後の工程4へ移行する不純物は不純物全体の2%以下とすることができ、好ましくは1%以下とすることができる。
(Process 3 ')
In order to reduce the load on the adsorptive filter in step 4, a non-adsorbing filter having an opening smaller than the first opening is used between step 3 and step 4 to change the gas state after step 3 It is possible to further perform step 3 ′ of further separating impurities from the fluid. Because non-adsorptive filters are used, maintenance is high. By performing step 3 ′, the impurity separation efficiency can be increased by 2 to 6%, typically 3 to 5%. Therefore, the impurities transferred to the subsequent step 4 can be 2% or less, preferably 1% or less of the total impurities.
 工程3’で使用する非吸着型フィルターの目開きを工程3で使用する非吸着型フィルターよりも小さくすることで、工程3では分離できないような微細な液滴などを除去可能となる。工程3’におけるフィルターの目開きは小さすぎると透過効率が悪く分離スピードが遅くなる一方で、大きすぎると多くの不要物がフィルターを抜けていってしまう為、工程3′において適した目開きの大きさは、平均で0.1μm~10μmであり、平均で0.1μm~1μmがより好ましい。目開きの大きさの定義は先述した通りである。 By making the opening of the non-adsorptive filter used in step 3 'smaller than that of the non-adsorptive filter used in step 3, fine droplets that cannot be separated in step 3 can be removed. If the aperture of the filter in step 3 ′ is too small, the transmission efficiency is poor and the separation speed is slow. On the other hand, if it is too large, many unnecessary substances pass through the filter. The average size is 0.1 μm to 10 μm on average, and more preferably 0.1 μm to 1 μm on average. The definition of the opening size is as described above.
 工程3’で使用する非吸着型フィルターの材質や形状は工程3と同様としてよいが、
強度と耐久性、経済性が最適であるとの理由から材質はステンレス、形状はフィルター体積とろ過面積との関係から単位体積あたりのろ過面積の広いプリーツ型が好ましい。不純物の分離効率を高める上では、工程3と同様に、液体が底部から排出されると共に、気体が側部又は頂部から排出される構造を有するフィルターを使用することが望ましい。
The material and shape of the non-adsorptive filter used in step 3 ′ may be the same as in step 3,
In view of the optimum strength, durability and economy, the material is stainless steel, and the shape is preferably a pleated type having a wide filtration area per unit volume from the relationship between the filter volume and the filtration area. In order to increase the separation efficiency of impurities, it is desirable to use a filter having a structure in which the liquid is discharged from the bottom and the gas is discharged from the side or top, as in step 3.
(その他)
 工程4を出た後の不純物が分離された流体は、気体状態のまま保存することもできるが、超臨界流体として再使用すること及び貯蔵スペースを考えると、液化して体積を減少させた状態で保存しておくことが望ましい。また、超臨界処理に供した流体を繰り返し循環使用することを考えると、圧力上昇に要するエネルギー消費を極力抑えるために、工程2~4は高い圧力を維持した状態で実施することが望ましい。このため、工程2~4は耐圧性の容器内で、流体が気体状態を維持し、不純物が液体状態を維持する範囲で高い圧力、例えば超臨界流体として二酸化炭素を使用するときは図6に示す二酸化炭素状態図の(3)に示されるような範囲内に圧力、及び温度を設定することとなる。すなわち、超臨界圧力以下である7.38MPa以下、好ましくは大気圧以上であって気体状態である温度を指す。
(Other)
The fluid from which impurities are separated after exiting Step 4 can be stored in a gaseous state, but in view of reuse as a supercritical fluid and storage space, the fluid is liquefied and the volume is reduced. It is desirable to save it with. Further, considering that the fluid subjected to the supercritical treatment is repeatedly circulated and used, it is desirable to carry out the steps 2 to 4 while maintaining a high pressure in order to suppress the energy consumption required for the pressure increase as much as possible. For this reason, steps 2 to 4 are performed in a pressure-resistant container, when the fluid is kept in a gas state and the impurities are kept in a liquid state at a high pressure, for example, when carbon dioxide is used as a supercritical fluid, FIG. The pressure and temperature are set within the range shown in (3) of the carbon dioxide phase diagram shown. That is, it refers to a temperature that is not higher than the supercritical pressure, not higher than 7.38 MPa, preferably not lower than atmospheric pressure, and is in a gaseous state.
<2.超臨界流体の分離回収装置>
 上述した本発明に係る超臨界流体の分離回収方法を実現するための超臨界流体の分離回収装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
<2. Supercritical fluid separation and recovery device>
An embodiment of a supercritical fluid separation and recovery apparatus for realizing the above-described supercritical fluid separation and recovery method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第一実施形態)
 図1には、本発明に係る超臨界流体の分離回収装置100を備えた、二酸化炭素を染色媒体として使用する超臨界染色システムの第一実施形態の概略図が示されている。本実施形態に係る超臨界染色システムは、クーラー101、供給ポンプ102、予熱器103、供給開閉弁104、オートクレーブ105、循環ポンプ107、圧力センサー111、減圧弁115、分離槽116、二酸化炭素貯蔵タンク119を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic diagram of a first embodiment of a supercritical dyeing system using carbon dioxide as a dyeing medium, equipped with a supercritical fluid separation and recovery apparatus 100 according to the present invention. The supercritical dyeing system according to this embodiment includes a cooler 101, a supply pump 102, a preheater 103, a supply opening / closing valve 104, an autoclave 105, a circulation pump 107, a pressure sensor 111, a pressure reducing valve 115, a separation tank 116, and a carbon dioxide storage tank. 119.
 二酸化炭素貯蔵タンク119には、液化二酸化炭素が貯蔵されており、供給ポンプ102によって超臨界状態に変化するまで昇圧された後、供給開閉弁104を介してオートクレーブ105へ送出される。オートクレーブ105内には、図示しないが、繊維製品が保持されており、超臨界二酸化炭素に溶解した染料が繊維製品に供給され、染色処理が行われる。超臨界二酸化炭素を染色媒体として用いて繊維製品を染色する場合、染料として、分散染料や油溶性染料が好適に使用される。 The liquefied carbon dioxide is stored in the carbon dioxide storage tank 119, and after being pressurized by the supply pump 102 until it changes to a supercritical state, it is sent to the autoclave 105 through the supply opening / closing valve 104. Although not shown, a fiber product is held in the autoclave 105, and a dye dissolved in supercritical carbon dioxide is supplied to the fiber product to be dyed. When dyeing textiles using supercritical carbon dioxide as a dyeing medium, disperse dyes and oil-soluble dyes are preferably used as dyes.
 超臨界二酸化炭素の供給が開始されると、循環ポンプ107を稼働させて、供給された超臨界二酸化炭素をオートクレーブ105に図中の矢印Aの向きに循環させる。これにより、超臨界二酸化炭素は、オートクレーブ105の出口から流出した後、循環経路を介してオートクレーブ105の入口に再び導入される。超臨界二酸化炭素を循環使用することで、繊維製品への均一染色が可能となると共に、二酸化炭素の消費量を抑制し、コスト削減を図ることができる。 When the supply of supercritical carbon dioxide is started, the circulation pump 107 is operated to circulate the supplied supercritical carbon dioxide through the autoclave 105 in the direction of arrow A in the figure. As a result, the supercritical carbon dioxide flows out from the outlet of the autoclave 105 and is then reintroduced into the inlet of the autoclave 105 through the circulation path. By circulating and using supercritical carbon dioxide, it is possible to uniformly dye textile products, and to suppress the consumption of carbon dioxide, thereby reducing costs.
 また、圧力センサー111でオートクレーブ105内の圧力を測定し、供給ポンプ102の稼動を制御する。これにより、オートクレーブ105内の圧力が、染色処理を行う所定の設定圧力に調整されて保持される。 Also, the pressure sensor 111 measures the pressure in the autoclave 105 and controls the operation of the supply pump 102. Thereby, the pressure in the autoclave 105 is adjusted and held at a predetermined set pressure for performing the dyeing process.
 染色処理が終了すると、循環ポンプ107が停止し、染料が溶解した超臨界二酸化炭素は減圧弁115へと向かう。減圧弁115は二酸化炭素の排出量を制御すると共に、減圧弁115を通過した超臨界二酸化炭素を気化する。分離槽116内で二酸化炭素から染料等の不純物が気液分離される。図2は分離槽116の構造の一例を示した模式図であり、下段には二酸化炭素及び不純物の流れを示すフロー図が、上段には分離槽116内の各分離槽におけるフィルターの配置を示すための概略断面図が描かれている。分離槽116は図2に示すように、第一の分離槽201、第二の分離槽203及び第三の分離槽202の3段構造となっている。第三の分離槽202は省略可能であるが、第二の分離槽203への負担を軽減してメンテナンス性を向上する観点からは、設置することが望ましい。 When the dyeing process is completed, the circulation pump 107 is stopped, and the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved is directed to the pressure reducing valve 115. The pressure reducing valve 115 controls the discharge amount of carbon dioxide and vaporizes supercritical carbon dioxide that has passed through the pressure reducing valve 115. Impurities such as dyes are gas-liquid separated from carbon dioxide in the separation tank 116. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the structure of the separation tank 116. A flow chart showing the flow of carbon dioxide and impurities in the lower stage, and an arrangement of filters in each separation tank in the separation tank 116 in the upper stage. A schematic cross-sectional view for the purpose is drawn. As shown in FIG. 2, the separation tank 116 has a three-stage structure including a first separation tank 201, a second separation tank 203, and a third separation tank 202. The third separation tank 202 can be omitted, but it is desirable to install it from the viewpoint of reducing the burden on the second separation tank 203 and improving the maintainability.
 第一の分離槽201は減圧弁115の後段に設置されており、気体状態にある二酸化炭素から不純物206を分離するための第一の目開きをもつ非吸着型フィルター205を有する。略円筒型の第一の分離槽201の入口204から流入した二酸化炭素は、第一の分離槽201の内側壁及び円筒型フィルター205の外側壁の間に設けられた空間を通って下方に移動した後、反転してフィルターの底部にある開口からフィルター内へ進入する。二酸化炭素中には微細な液滴状の不純物206が含まれており、二酸化炭素が鉛直方向に延びたフィルター205内を上方に通過する間に不純物が非吸着型フィルター205に捕捉されて二酸化炭素から分離される。 The first separation tank 201 is installed after the pressure reducing valve 115 and has a non-adsorption filter 205 having a first opening for separating impurities 206 from carbon dioxide in a gaseous state. Carbon dioxide flowing from the inlet 204 of the substantially cylindrical first separation tank 201 moves downward through a space provided between the inner wall of the first separation tank 201 and the outer wall of the cylindrical filter 205. After that, it reverses and enters the filter through the opening at the bottom of the filter. Carbon dioxide contains impurities 206 in the form of fine droplets, and the impurities are captured by the non-adsorbing filter 205 while the carbon dioxide passes upward through the filter 205 extending in the vertical direction. Separated from.
 非吸着型フィルター205に捕捉された不純物は重力によってフィルター205内を下方へ移動し、やがてフィルター205の底部にある開口から第一の分離槽201の底部の空間に一時的に保管され、最終的には液体出口207から排出される。第一の分離槽201で分離されるのは比較的液滴径、固体粒径の大きな不純物であり、大部分の液状不純物がここで分離される。 Impurities trapped in the non-adsorbing filter 205 move downward in the filter 205 due to gravity, and are finally stored in the space at the bottom of the first separation tank 201 from the opening at the bottom of the filter 205, and finally Is discharged from the liquid outlet 207. What is separated in the first separation tank 201 is an impurity having a relatively large droplet diameter and solid particle diameter, and most of the liquid impurity is separated here.
 フィルター205の頂部にある開口を抜けて出口208から排出された二酸化炭素は第三の分離槽202へと向かう。第三の分離槽202は、気体状態にある二酸化炭素から液体状態にある染料等の不純物210を更に分離するための非吸着型フィルター209を有する。第三の分離槽におけるフィルターの目開きは分離効率を高めるために第一の分離槽におけるフィルターの目開きよりも小さく設定する。 The carbon dioxide discharged from the outlet 208 through the opening at the top of the filter 205 goes to the third separation tank 202. The third separation tank 202 has a non-adsorption filter 209 for further separating impurities 210 such as a dye in a liquid state from carbon dioxide in a gas state. The opening of the filter in the third separation tank is set smaller than the opening of the filter in the first separation tank in order to increase the separation efficiency.
 略円筒型の第三の分離槽202の入口211から流入した二酸化炭素は、第三の分離槽202の内側壁及びその内側に設けられた同心円状の内管の間の空間を通って下方に移動する。第三の分離槽202の底部に設けられた開口から出た二酸化炭素は、反転して第三の分離槽202の中央付近に円周方向に均等に配列された複数の円筒型フィルター209内にフィルター底部及び側部から進入する。二酸化炭素中には第一の分離槽201で除去できなかったより微細な液滴状や微細な固体状の不純物210が含まれており、二酸化炭素がフィルター209内を上方に通過する間に不純物が非吸着型フィルター209に捕捉されて二酸化炭素から分離される。 The carbon dioxide flowing from the inlet 211 of the substantially cylindrical third separation tank 202 passes downward through the space between the inner wall of the third separation tank 202 and the concentric inner pipe provided inside thereof. Moving. The carbon dioxide emitted from the opening provided at the bottom of the third separation tank 202 is reversed and is placed in a plurality of cylindrical filters 209 that are evenly arranged in the circumferential direction near the center of the third separation tank 202. Enter from the bottom and sides of the filter. The carbon dioxide contains finer droplets and fine solid impurities 210 that could not be removed by the first separation tank 201, and the impurities are generated while carbon dioxide passes upward through the filter 209. It is captured by the non-adsorbing filter 209 and separated from carbon dioxide.
 非吸着型フィルター209に捕捉された不純物は重力によってフィルター209内を下方へ移動し、やがてフィルター209の底部にある開口から第三の分離槽202の底部の空間に一時的に保管され、最終的には液体出口212から排出される。第三の分離槽202で分離されるのは比較的液滴径、固体粒径の小さな不純物であり、ここで回収される不純物の量は第一の分離槽に比べて格段に少ない。しかしながら、第三の分離槽202は第二の分離槽203のフィルター交換頻度を低減する観点からは、重要な役割を果たしている。 Impurities trapped in the non-adsorbing filter 209 move downward in the filter 209 due to gravity, and are eventually stored in the space at the bottom of the third separation tank 202 from the opening at the bottom of the filter 209, and finally Is discharged from the liquid outlet 212. What is separated in the third separation tank 202 is an impurity having a relatively small droplet diameter and solid particle diameter, and the amount of impurities recovered here is much smaller than that in the first separation tank. However, the third separation tank 202 plays an important role from the viewpoint of reducing the filter replacement frequency of the second separation tank 203.
 本実施形態においては、分離槽の構造のバリエーションを説明するために、第三の分離槽202の構造を第一の分離槽201と変更したが、フィルターの目開きを除けば特段に異なる構造とする必要はなく、両者は同一の構造であっても構わない。各分離槽を更に別の構造とすることも可能である。図3に、非吸着型フィルターを備えた分離槽の更に別の例を示す。 In this embodiment, in order to explain the variation of the structure of the separation tank, the structure of the third separation tank 202 is changed to that of the first separation tank 201, but the structure is particularly different except for the opening of the filter. There is no need to do this, and both may have the same structure. Each separation tank may have a different structure. FIG. 3 shows still another example of a separation tank provided with a non-adsorption filter.
 略円筒型の分離槽220の入口221から二酸化炭素が流入し、分離槽220の内側壁及びその内側に設けられた同心円状の内管の間の空間を通って下方に移動する。二酸化炭素は分離槽220の底部に設けられた開口から出た後、反転して分離槽220の中央付近に設置された円筒型の非吸着型フィルター222内にフィルター底部及び外側部から進入する。二酸化炭素中に含まれる微細な液滴状や微細な固体状の不純物223は、二酸化炭素がフィルター222内を通過してフィルター内側部から出てくるまでの間に非吸着型フィルター222に捕捉されて二酸化炭素から分離される。 Carbon dioxide flows from the inlet 221 of the substantially cylindrical separation tank 220 and moves downward through the space between the inner wall of the separation tank 220 and the concentric inner pipe provided inside thereof. After the carbon dioxide exits from the opening provided at the bottom of the separation tank 220, it is reversed and enters the cylindrical non-adsorption filter 222 installed near the center of the separation tank 220 from the bottom and outside of the filter. The fine droplet-like or fine solid-state impurities 223 contained in the carbon dioxide are captured by the non-adsorption filter 222 until the carbon dioxide passes through the filter 222 and emerges from the inner side of the filter. Separated from carbon dioxide.
 非吸着型フィルター222に捕捉された不純物223は重力によってフィルター222内を下方へ移動し、やがてフィルター222の底部から出て重力によって落下し、分離槽220の底部に一時的に保管され、最終的には液体出口224から排出される。フィルター222の目開きの大きさは第一の分離槽として使用するのか第二の分離槽として使用するのかによって適宜設定すれば良い。 The impurities 223 captured by the non-adsorbing filter 222 move downward in the filter 222 due to gravity, eventually come out of the bottom of the filter 222 and fall due to gravity, and are temporarily stored in the bottom of the separation tank 220. Is discharged from the liquid outlet 224. What is necessary is just to set suitably the magnitude | size of the opening of the filter 222 according to whether it uses as a 1st separation tank or a 2nd separation tank.
 さて、図2の第三の分離槽202を再び参照すると、フィルター209の頂部にある開口を抜けて出口213から排出された二酸化炭素は第二の分離槽203へと向かう。第二の分離槽203は気体状態にある二酸化炭素から液体状態にある染料等の不純物215を更に分離するための吸着型フィルター216を有する。略円筒型の第二の分離槽203の入口214から流入した二酸化炭素は、第二の分離槽203の内側壁及びその内側に設けられた同心円状の内管の間の空間を通って下方に移動する。第二の分離槽203の底部に設けられた開口から出た二酸化炭素は、反転して第二の分離槽203の中央付近に円周方向に均等に配列された複数の円筒型フィルター216内にフィルター頂部及び側部から進入する。二酸化炭素中には第三の分離槽202で除去できなかった更により微細な液滴状や微細な固体状の不純物215が含まれており、二酸化炭素がフィルター216内を下方に通過する間に不純物が吸着型フィルター216に捕捉されて二酸化炭素から分離される。フィルター216を通過した後の清浄化された二酸化炭素は出口217より排出される。当該二酸化炭素は超臨界染色処理に再使用することが可能である。 Now, referring to the third separation tank 202 in FIG. 2 again, the carbon dioxide discharged from the outlet 213 through the opening at the top of the filter 209 goes to the second separation tank 203. The second separation tank 203 has an adsorption filter 216 for further separating impurities 215 such as a dye in a liquid state from carbon dioxide in a gas state. Carbon dioxide flowing from the inlet 214 of the substantially cylindrical second separation tank 203 passes downward through the space between the inner wall of the second separation tank 203 and the concentric inner pipe provided inside thereof. Moving. The carbon dioxide emitted from the opening provided at the bottom of the second separation tank 203 is reversed and placed in a plurality of cylindrical filters 216 arranged in the circumferential direction evenly in the vicinity of the center of the second separation tank 203. Enter from the top and sides of the filter. The carbon dioxide contains even finer droplets and fine solid impurities 215 that could not be removed by the third separation tank 202, while carbon dioxide passes downward through the filter 216. Impurities are captured by the adsorption filter 216 and separated from carbon dioxide. The cleaned carbon dioxide after passing through the filter 216 is discharged from the outlet 217. The carbon dioxide can be reused for the supercritical dyeing process.
 吸着型フィルター216は不純物の分離効率は高いものの、不純物215はフィルター216に吸着固定されるので、フィルター216の吸着容量を超えると極端に分離効率が低下する。そのため、定期的にフィルター交換が必要である。本発明においては、ほとんどの不純物が前段で分離除去できるため、第二の分離槽203における役割は例えば僅か1%程度の不純物を分離することである。そのため、前段に非吸着型フィルターを利用した分離槽を設置しない場合と比べて、メンテナンス頻度を1/100程度に低減することも可能となる。 Although the adsorption type filter 216 has high impurity separation efficiency, the impurity 215 is adsorbed and fixed to the filter 216. Therefore, when the adsorption capacity of the filter 216 is exceeded, the separation efficiency is extremely lowered. Therefore, it is necessary to replace the filter regularly. In the present invention, since most impurities can be separated and removed in the previous stage, the role in the second separation tank 203 is to separate, for example, only about 1% of impurities. For this reason, it is possible to reduce the maintenance frequency to about 1/100 compared to the case where a separation tank using a non-adsorption filter is not installed in the previous stage.
(第二実施形態)
 図4には、本発明に係る超臨界流体の分離回収装置300を備えた、二酸化炭素を染色媒体として使用する超臨界染色システムの第二実施形態の概略図が示されている。本実施形態に係る超臨界染色システムは、供給ポンプ102、供給開閉弁104、オートクレーブ105、循環ポンプ107、圧力センサー111、加熱器114、減圧弁115、分離槽116、圧縮機117、アフタークーラー118、二酸化炭素貯蔵タンク119を備える。
(Second embodiment)
FIG. 4 shows a schematic diagram of a second embodiment of a supercritical dyeing system using carbon dioxide as a dyeing medium equipped with the supercritical fluid separation and recovery apparatus 300 according to the present invention. The supercritical dyeing system according to this embodiment includes a supply pump 102, a supply on-off valve 104, an autoclave 105, a circulation pump 107, a pressure sensor 111, a heater 114, a pressure reducing valve 115, a separation tank 116, a compressor 117, and an after cooler 118. The carbon dioxide storage tank 119 is provided.
 二酸化炭素貯蔵タンク119には、液化二酸化炭素が貯蔵されており、供給ポンプ102によって超臨界状態に変化するまで昇圧された後、供給開閉弁104及び予熱器103を介してオートクレーブ105へ送出される。予熱器103で超臨界二酸化炭素を加熱することで、超臨界状態を安定して維持することができる。オートクレーブ105内には、図示しないが、繊維製品が保持されており、超臨界二酸化炭素に溶解した染料が繊維製品に供給され、染色処理が行われる。 The carbon dioxide storage tank 119 stores liquefied carbon dioxide, and is pressurized by the supply pump 102 until it changes to a supercritical state, and then sent to the autoclave 105 via the supply opening / closing valve 104 and the preheater 103. . By heating supercritical carbon dioxide with the preheater 103, the supercritical state can be stably maintained. Although not shown, a fiber product is held in the autoclave 105, and a dye dissolved in supercritical carbon dioxide is supplied to the fiber product to be dyed.
 染色処理中の循環ポンプ107、圧力センサー111の動作については第一実施形態で述べたとおりであるので割愛する。 Since the operations of the circulation pump 107 and the pressure sensor 111 during the dyeing process are as described in the first embodiment, they are omitted.
 染色処理が終了すると、循環ポンプ107が停止し、染料が溶解した超臨界二酸化炭素は加熱器114及び減圧弁115を通過した後、気体の状態で分離槽116へ流入する。加熱器114は意図せずして超臨界流体の温度低下が起きて、超臨界二酸化炭素が輸送中に配管内で凍結したり配管の閉塞を起こしたりすることを防止する役割を果たす。分離槽116内では、先述したように、二酸化炭素から染料等の不純物が分離される。 When the dyeing process is completed, the circulation pump 107 is stopped, and the supercritical carbon dioxide in which the dye is dissolved passes through the heater 114 and the pressure reducing valve 115 and then flows into the separation tank 116 in a gaseous state. The heater 114 plays a role in preventing the temperature of the supercritical fluid from unintentionally occurring and freezing the supercritical carbon dioxide in the pipe or blocking the pipe during transportation. In the separation tank 116, as described above, impurities such as dyes are separated from carbon dioxide.
 分離槽116を経て清浄化された気体状の二酸化炭素は、再使用するために圧縮機117で加圧され、更にアフタークーラー118で冷却されることにより液化する。液化した二酸化炭素は二酸化炭素貯蔵タンク119へ戻されることにより、繰り返し使用される準備が整う。 The gaseous carbon dioxide cleaned through the separation tank 116 is pressurized by the compressor 117 for reuse and further liquefied by being cooled by the aftercooler 118. The liquefied carbon dioxide is returned to the carbon dioxide storage tank 119 to be ready for repeated use.
100   超臨界流体の分離回収装置
101   クーラー
102   供給ポンプ
103   予熱器
104   供給開閉弁
105   オートクレーブ
107   循環ポンプ
111   圧力センサー
114   加熱器
115   減圧弁
116   分離槽
117   圧縮機
118   アフタークーラー
119   二酸化炭素貯蔵タンク
201   第一の分離槽
202   第三の分離槽
203   第二の分離槽
204   第一の分離槽の入口
205   非吸着型フィルター
206   不純物
207   液体出口
208   第一の分離槽の出口
209   非吸着型フィルター
210   不純物
211   第三の分離槽の入口
212   液体出口
213   第三の分離槽の出口
214   第二の分離槽の入口
215   不純物
216   吸着型フィルター
217   第二の分離槽の出口
220   分離槽
221   分離槽の入口
222   非吸着型フィルター
223   不純物
224   液体出口
225   分離槽の出口
300   超臨界流体の分離回収装置
100 Supercritical fluid separation and recovery device 101 Cooler 102 Supply pump 103 Preheater 104 Supply on-off valve 105 Autoclave 107 Circulation pump 111 Pressure sensor 114 Heater 115 Pressure reducing valve 116 Separator 117 Compressor 118 After cooler 119 Carbon dioxide storage tank 201 One separation tank 202 Third separation tank 203 Second separation tank 204 First separation tank inlet 205 Non-adsorption filter 206 Impurity 207 Liquid outlet 208 First separation tank outlet 209 Non-adsorption filter 210 Impurity 211 Third separation tank inlet 212 Liquid outlet 213 Third separation tank outlet 214 Second separation tank inlet 215 Impurity 216 Adsorption filter 217 Second separation tank outlet 220 Separation tank 221 Separation tank inlet 22 unadsorbed-type filter 223 impurity 224 liquid outlet 225 separation tank outlet 300 separation and recovery device of the supercritical fluid

Claims (17)

  1.  不純物を含有する超臨界流体を用意する工程1と、
     前記流体を気体状態に変化させる工程2と、
     第一の目開きをもつ非吸着型フィルター(205)を用いて、気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を分離する工程3と、
     吸着型フィルター(216)を用いて、工程3を経た後の気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を更に分離する工程4と、
    を含む超臨界流体の分離回収方法。
    Preparing a supercritical fluid containing impurities;
    Step 2 of changing the fluid to a gaseous state;
    Using a non-adsorbing filter (205) having a first aperture to separate impurities in a liquid state, a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state; and
    A step 4 for further separating impurities in a liquid state or a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state after the step 3 by using an adsorption filter (216);
    A method for separating and recovering a supercritical fluid including
  2.  工程3においては、前記流体がフィルター(205)内を上方に向かって移動して、フィルター(205)上部から排出されるまでの間に不純物がフィルター(205)に捕捉され、フィルター(205)に捕捉された不純物は重力によりフィルター(205)内を下方に移動して、フィルター(205)下部から排出される請求項1に記載の超臨界流体の分離回収方法。 In step 3, impurities are trapped in the filter (205) until the fluid moves upward in the filter (205) and discharged from the upper part of the filter (205), and the filter (205) The method for separating and recovering a supercritical fluid according to claim 1, wherein the trapped impurities move downward in the filter (205) by gravity and are discharged from the lower part of the filter (205).
  3.  工程3と工程4の間に、第一の目開きよりも小さな第二の目開きをもつ非吸着型フィルター(209)を用いて、工程3を経た気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を更に分離する工程3’を更に含む請求項1又は2に記載の超臨界流体の分離回収方法。 Between step 3 and step 4, using a non-adsorption type filter (209) having a second opening smaller than the first opening, the fluid in the gas state after step 3 is in a liquid state or solid The method for separating and recovering a supercritical fluid according to claim 1, further comprising a step 3 ′ of further separating impurities in a state or a mixed state thereof.
  4.  工程3’においては、前記流体がフィルター(209)内を水平方向かそれよりも上方に向かって移動して、フィルター(209)の側部又は頂部から排出されるまでに不純物がフィルター(209)に捕捉され、フィルター(209)に捕捉された不純物は重力によりフィルター(209)内を下方に移動して、フィルター(209)底部から排出される請求項3に記載の超臨界流体の分離回収方法。 In step 3 ′, the impurities move in the filter (209) in the horizontal direction or upwards until impurities are discharged from the side or top of the filter (209). 4. The method for separating and recovering a supercritical fluid according to claim 3, wherein the impurities trapped by the filter and captured by the filter (209) move downward in the filter (209) by gravity and are discharged from the bottom of the filter (209). .
  5.  非吸着型フィルター(205、209、222)が金属製であり、吸着型フィルター(216)が化学繊維製、天然繊維製又は合成樹脂多孔質膜製である請求項1~4の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収方法。 The non-adsorption type filter (205, 209, 222) is made of metal, and the adsorption type filter (216) is made of chemical fiber, natural fiber, or synthetic resin porous membrane. 2. A method for separating and recovering a supercritical fluid according to 1.
  6.  工程3において90~98%の不純物を除去する請求項1~5の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収方法。 The method for separating and recovering a supercritical fluid according to any one of claims 1 to 5, wherein 90 to 98% of impurities are removed in step 3.
  7.  工程2から工程4までが、大気圧~7.38MPaの圧力下であって、前記流体が気体状態を維持した状態で実施される請求項1~6の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収方法。 The supercritical fluid according to any one of claims 1 to 6, wherein steps 2 to 4 are performed under a pressure of atmospheric pressure to 7.38 MPa and the fluid is maintained in a gaseous state. Separation and recovery method.
  8.  工程2は前記流体を減圧し、気化冷熱を発生させて流体温度を低下させることにより行われる請求項1~7の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収方法。 The method for separating and recovering a supercritical fluid according to any one of claims 1 to 7, wherein the step 2 is performed by reducing the fluid pressure and generating vaporization cold heat to lower the fluid temperature.
  9.  超臨界流体が超臨界二酸化炭素である請求項1~8の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収方法。 The method for separating and recovering a supercritical fluid according to any one of claims 1 to 8, wherein the supercritical fluid is supercritical carbon dioxide.
  10.  不純物を含有する超臨界流体は超臨界染色装置から排出され、不純物には染料が含まれる請求項1~9の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収方法。 The method for separating and recovering a supercritical fluid according to any one of claims 1 to 9, wherein the supercritical fluid containing impurities is discharged from the supercritical dyeing apparatus, and the impurities include a dye.
  11.  不純物を含有する超臨界流体を気体状態に変化させるための減圧弁(115)と、
     前記減圧弁(115)の後段に設置され、気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を分離するための第一の目開きをもつ非吸着型フィルター(205)を有する第一の分離槽(201)と、
     非吸着型フィルター(205)の後段に設置され、気体状態にある前記流体から液体状態または固体状態もしくはその混合状態にある不純物を更に分離するための吸着型フィルター(216)を有する第二の分離槽(203)と、
    を備えた超臨界流体の分離回収装置(100、300)。
    A pressure reducing valve (115) for changing the supercritical fluid containing impurities into a gaseous state;
    Non-adsorptive filter (205) installed at the rear stage of the pressure reducing valve (115) and having a first opening for separating impurities in a liquid state, a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state A first separation tank (201) having
    Second separation having an adsorptive filter (216) installed after the non-adsorptive filter (205) and further separating impurities in a liquid state, a solid state or a mixed state thereof from the fluid in a gaseous state A tank (203);
    A supercritical fluid separation and recovery device (100, 300).
  12.  非吸着型フィルター(205)は、液体が底部から排出されると共に、気体が側部又は頂部から排出される構造を有する請求項11に記載の超臨界流体の分離回収装置。 The supercritical fluid separation and recovery device according to claim 11, wherein the non-adsorbing filter (205) has a structure in which a liquid is discharged from a bottom portion and a gas is discharged from a side portion or a top portion.
  13.  第一の分離槽(201)は、非吸着型フィルター(205)から排出された液体を一時的に貯蔵するための容積を前記フィルターの下部に有する請求項11又は12に記載の超臨界流体の分離回収装置。 The supercritical fluid according to claim 11 or 12, wherein the first separation tank (201) has a volume for temporarily storing the liquid discharged from the non-adsorptive filter (205) at a lower part of the filter. Separation and recovery device.
  14.  第一の分離槽(201)と第二の分離槽(203)の間に設置され、第一の分離槽(201)から排出された気体状態にある前記流体から液体状態にある不純物を更に分離するための第一の目開きよりも小さな第二の目開きをもつ非吸着型フィルター(209)を有する第三の分離槽(202)を更に備えた請求項11~13の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収装置。 Impurities are further separated from the fluid in the gaseous state, which is installed between the first separation tank (201) and the second separation tank (203) and discharged from the first separation tank (201). The third separation tank (202) further comprising a non-adsorption type filter (209) having a second opening smaller than the first opening for the purpose. The supercritical fluid separation and recovery device described.
  15.  非吸着型フィルター(205、209、222)が金属製であり、吸着型フィルター(216)が化学繊維製、天然繊維製又は合成樹脂多孔質膜製である請求項11~14の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収装置。 The non-adsorption filter (205, 209, 222) is made of metal, and the adsorption filter (216) is made of a chemical fiber, a natural fiber, or a synthetic resin porous membrane. The supercritical fluid separation and recovery device described in 1.
  16.  超臨界流体が超臨界二酸化炭素である請求項11~15の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収装置。 The supercritical fluid separation and recovery device according to any one of claims 11 to 15, wherein the supercritical fluid is supercritical carbon dioxide.
  17.  不純物を含有する超臨界流体は超臨界染色装置から排出され、不純物には染料が含まれる請求項11~16の何れか一項に記載の超臨界流体の分離回収装置。 The supercritical fluid separation and recovery device according to any one of claims 11 to 16, wherein the supercritical fluid containing impurities is discharged from the supercritical dyeing device, and the impurities include a dye.
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